IC互連中的缺陷檢測方法及缺陷對電路可靠性的影響.pdf

1、隨著科技發(fā)展的日新月異，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)半個(gè)世紀(jì)來按照摩爾定律飛速向前發(fā)展，現(xiàn)在整個(gè)集成電路技術(shù)向著高密度微型化、高可靠性長壽命以及高成品率的目標(biāo)發(fā)展。大規(guī)模集成電路(VLSI)的制造技術(shù)的特征尺寸達(dá)到了32nm。硅晶片尺寸從最初的不到1英寸發(fā)展到現(xiàn)在的18英寸。特征尺寸的不斷減小，在集成電路制造過程中存在微小的缺陷往往會導(dǎo)致產(chǎn)品失效或降低產(chǎn)品工作的可靠性，因此缺陷成為IC制造中影響成品率的一個(gè)主要障礙。在集成電路制造過程中，如果能夠盡早發(fā)現(xiàn)

2、缺陷，確定缺陷位置，識別和分析缺陷，將有助于改進(jìn)工藝，提高成品率。同時(shí)提前標(biāo)記出產(chǎn)品缺陷或剔除失效產(chǎn)品，可以節(jié)約IC芯片的生產(chǎn)成本，因此對IC缺陷的研究十分必要。缺陷的研究是集成電路成品率研究中的關(guān)鍵技術(shù)，也是IC可制造性研究的核心問題之一。本文從IC電路中獲取大量的真實(shí)缺陷，系統(tǒng)、深入地研究IC缺陷的檢測、缺陷的特征提取和分類、缺陷對電路信號完整性的影響以及缺陷對IC中位壽命的影響。主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新成果如下：
　　 ⑴研究了缺陷

3、圖像的不同彩色空間表示，提出將獲取的RGB(Red，Green，Blue)彩色空間的圖像用HIS(Hue，Saturation，Intensity)彩色空間表示，然后將HIS空間的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。這樣不僅可以更好地突顯缺陷，也大大提高了缺陷的處理速度。
　　 ⑵提出了兩種不同的缺陷檢測方法：基于譜減法的IC缺陷檢測和基于二維小波變換的IC缺陷檢測?；谧V減法的IC缺陷檢測方法能夠從三幅缺陷圖像中提取沒有缺陷的標(biāo)準(zhǔn)圖像，且

4、檢測缺陷的算法復(fù)雜度與傅立葉變換相同。得到標(biāo)準(zhǔn)圖像后通過譜減法能大大提高檢測缺陷的速度和準(zhǔn)確度。采用圖像灰度匹配技術(shù)，克服了光照對IC缺陷檢測的影響。通過對真實(shí)的IC缺陷檢測，證明該方法能快速、準(zhǔn)確地檢測IC中的缺陷，而且該方法對光照有很高的魯棒性?；诙S小波變換的IC缺陷檢測方法，利用小波空間更能突顯細(xì)小差別的優(yōu)勢，把缺陷圖像用二維小波分解技術(shù)分解成不同的頻率分量，可以更快、更準(zhǔn)地檢測IC缺陷。該方法的優(yōu)點(diǎn)就是可以檢測更細(xì)小的缺陷，

5、對光照有很高的魯棒性。
　　 ⑶在缺陷檢測的基礎(chǔ)上，從缺陷的大小、形狀、位置、自身灰度特征、缺陷周圍灰度特征、特征之間的關(guān)系等角度詳細(xì)地描述了35個(gè)缺陷特征。并給出了35個(gè)缺陷特征的具體數(shù)學(xué)表達(dá)式。本文提出的這些缺陷特征為以后進(jìn)一步研究缺陷提供了基礎(chǔ)。
　　 ⑷提出了基于BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷分類和基于缺陷灰度與邊界灰度變化次數(shù)的缺陷分類方法。將缺陷分為短路缺陷、斷路缺陷、互連線上的孔洞缺

6、陷和背景中的多余物缺陷四類?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷分類，選取本文提出的35個(gè)缺陷特征中的12個(gè)缺陷特征，用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對缺陷的分類，實(shí)驗(yàn)證明該方法對缺陷分類準(zhǔn)確度高。由于傳統(tǒng)分類方法需要有缺陷樣本對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，可是在產(chǎn)品初期缺陷樣本很難獲取，因此本文提出了基于缺陷灰度與邊界灰度變化次數(shù)的缺陷分類方法，該方法不需要缺陷樣本，不需要復(fù)雜的分類技術(shù)，只用簡單的判斷就能對缺陷分類，實(shí)驗(yàn)證明該方法對缺陷分類準(zhǔn)確有效。
　　 ⑸隨著集成

7、電路技術(shù)的發(fā)展，互連線的層數(shù)越來越多，IC時(shí)鐘頻率越來越高，信號完整性問題越來越重要。研究了多余物缺陷對信號完整性的影響，提出了把缺陷單獨(dú)看作一段互連線的信號仿真模型，研究了信號的遠(yuǎn)端和近端串?dāng)_。缺陷的存在，使互連線發(fā)生阻抗突變，會對信號產(chǎn)生反射，研究了缺陷對不同上升時(shí)間信號的反射，該方法提供了一種檢測缺陷的途徑，為篩選高可靠性器件提供了一些參考。
　　 ⑹研究了丟失物缺陷對互連線電遷移中位壽命的影響，并能夠定量地計(jì)算，同時(shí)本文

8、給出了提高互連線中位壽命的方法。根據(jù)該物理模型可以準(zhǔn)確計(jì)算出互連線具體的溫度和壽命數(shù)據(jù)，可以用于集成電路的設(shè)計(jì)和工藝制造。化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)處理過程中，會引入研磨損傷和碟形缺陷，直接影響器件的中位壽命。研究了CMP工藝引入的缺陷對IC壽命的影響，研究結(jié)果表明，研磨損傷造成的互連線損傷對中位壽命影響不大，碟形缺陷會嚴(yán)重影響互連線的中位壽命。研究結(jié)果可以用于CMP中工藝參數(shù)的調(diào)